Iniciacion Quimica Tema 03 1

7/24/2019 Iniciacion Quimica Tema 03 1

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Iniciacin a la Qumica 133

TEMA 3

TERMOQUMICA Y CINTICA

3.1.- Termoqumica

Aspectos tericos

3.1.1 Introduccin

La termoqumica consiste en la aplicacin del Primer Principio de la Termodinmi-

ca1a las reacciones qumicas. Relaciona los datos sobre las energas intercambiadas en

los procesos qumicos con las magnitudes termodinmicas, energa interna y entalpa.

Las reacciones que desprenden calor son llamadas exotrmicas, y la cantidad de ca-

lor cedido se expresa como una cantidad negativa. Las reacciones que absorben calor se

llaman endotrmicas y la cantidad de calor absorbido se expresa como una cantidad posi-

tiva.

Definimos energa interna como una funcin de estado cuya variacin, en un proce-

so a volumen constante, corresponde al calor desprendido o absorbido en esa reaccin:

U = QV. La energa interna es una funcin de estado, por lo tanto su valor es incalculable

para una situacin especfica del sistema, pero s podemos calcular la variacin entre dosestados del mismo.

Dado que la mayor parte de los procesos qumicos tienen lugar a presin constante,

al calor intercambiado en estas condiciones se le llama incremento de entalpa: H = QP.

La entalpa de reaccin se encuentra relacionada con la energa interna por medio del

trabajo de expansin: H = U + pV = H+nRT, donde n es la variacin de moles

en fase gaseosa que existen entre los productos y los reactivos en la reaccin.

3.1.2 Entalpa de reaccin estndar

Se define como la variacin de entalpa cuando los reactivos se convierten en pro-

ductos, para una reaccin en que unos y otros estn en sus estados estndar. El estado

estndar de una sustancia slida o lquida es el elemento o compuesto puro a la presin de

1Primer Principio de la Termodinmica: La energa del Universo se mantiene constante.


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134 Termoqumica y Cintica

1 bar (105Pa

2) y a la temperatura de inters. Para un gas, el estado estndar es el gas

puro con comportamiento de gas ideal a 1 bar de presin y a la temperatura de inters.

Aunque la temperatura no forma parte de la definicin del estado estndar, es necesario

especificarlo cuando se tabulan valores de H, porque depende de la temperatura. Los

valores dados son todos a 29815K (25C).

Algebraicamente: = H H Hf(productos) f(reactivos)

Esta definicin emana de la propiedad que posee la entalpa de ser una funcin de

estado, esto es, slo depende del estado inicial y final del sistema y no del camino por el

que transcurre la reaccin.

3.1.3 Energa de enlace

Otra cantidad relacionada con el calor de reaccin es la energa de enlace. Cuando

se forma un enlace qumico se desprende calor; por consiguiente se necesita suministrar

calor para romper un enlace. La energa de enlace es el promedio del calor necesario para

romper un determinado tipo de enlace qumico en distintos compuestos en fase gaseosa,

dejando en libertad sus tomos constituyentes tambin en fase gaseosa.

=H energa enlaces rotos- energa enlaces formados

3.1.4Entalpa de formacin estndar

Es la energa de reaccin estndar correspondiente a la formacin de un mol de un

compuesto a partir de sus elementos en sus estados estndar. Se representa por0

fH . Por

definicin, la entalpa de formacin de los elementos en su forma ms estable es igual a

cero.

3.1.5 Ley de Hess

La variacin de entalpa asociada a una reaccin qumica es la misma si la reac-cin se verifica directamente en una sola etapa, o bien si tiene lugar en varias etapas.

Esto es consecuencia de que la entalpa es una funcin de estado y la variacin que se

produce en una funcin de estado cuando evoluciona desde un punto hasta otro, slo de-

pende del punto de partida y del de llegada y no del camino por donde transcurre la reac-

cin.

3.1.6 Espontaneidad, entropa y energa libre de Gibbs

Un proceso espontneo es un proceso que tiene lugar en un sistema que se deja que

evolucione por si mismo. Un proceso no espontneo no se produce a menos que se aplique

2La IUPAC recomend hace tiempo que el estado estndar de presin se cambiara de 1 atm a 1 bar,aunque la mayor parte de las tablas utilizan todava el estndar de 1 atm, si bien los efectos de este

cambio son muy pequeos y pueden ser despreciados.


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de forma continua alguna accin externa. Si un proceso es espontneo, el proceso inverso

es no espontneo. La segunda ley de la termodinmica versa sobre este fenmeno. Existe

una magnitud, S, llamada entropa, la cual es una funcin de estado, de forma que en un

proceso irreversible la entropa del universo aumenta. En un proceso reversible la entropa

del universo permanece constante.

La entropa es una medida del desorden de un sistema, y al ser una funcin de esta-

do, necesita un valor de referencia. Este valor de referencia enunciado es el tercer princi-

pio de la Termodinmica: La entropa de una sustancia en su estado de cristalizacin ms

estable es cero en el cero absoluto de temperaturas (0K)

A fin de calcular el valor de S para un sistema que sufre un cambio de estado se

utiliza la siguiente relacin: S = qrev/T, que puede emplearse para cualquier cambio de

estado isotrmico y en la cual qreves el calor que se producira si el cambio de estado se

realizase de forma reversible.

La segunda ley estudia S para el universo, de modo que a fin de juzgar si un proce-so puede producirse necesitaremos calcular no slo S para el sistema, sino tambin para

el ambiente, ya que la suma de estas dos cantidades nos da S para el universo.

Usar la entropa como criterio de espontaneidad es incmodo y a fin de superar esta

dificultad se ha introducido otra funcin de estado llamada energa libre, G: G=H-TS,

G=H-TS. Si G=0 para un determinado proceso, ste est en equilibrio; si G0 no es espontneo y el sistema slo

puede experimentar tal proceso bajo la influencia del ambiente entorno.

La expresin anterior puede utilizarse para hacer algunas predicciones cualitativas.

Si H es negativo y S es positivo, la expresin G=H-TS es negativa para cualquier

temperatura, el proceso es espontneo a cualquier temperatura. Si H es positivo y S es

negativo, G es positivo a cualquier temperatura y el proceso es no espontneo. Si H yS

son ambos negativos o ambos positivos, el valor positivo o negativo de G depende de la

temperatura. En general, si una reaccin tiene valores negativos tanto de H como para

S, es espontnea a temperaturas ms bajas, mientras que si H y S son ambos positivos,

la reaccin es espontnea a temperaturas ms altas.

3.1.7 Energa libre de Gibbs estndar de formacin

Es la variacin de energa Gibbs para una reaccin en la que se forma una sustan-

cia en su estado estndar a partir de sus elementos en su forma fsica de referencia y en

estado estndar. Esto conduce al valor cero para las energas de Gibbs de formacin de

los elementos.

Energa de Gibbs estndar de reaccin.Para calcular G de una reaccin: G = Gf(productos)- Gf(reactivos)


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FORMULARIO-RESUMEN

Primer Principio de la Termodinmica: = +U q W

(

U=variacin de energa interna; q=calor; W=trabajo mecnico)El criterio de signos que se sigue es que todo lo que aumenta la energa del sistema se le da

signo positivo y lo que la disminuye signo negativo. As, si el calor es absorbido por siste-

ma q>0. Si se realiza un trabajo sobre el sistema, w>0

Una energa que abandona el sistema lleva un signo negativo. As, si un calor es cedido

por el sistema, qrev irrevsistema aislado

q qS ; S 0

T T

Entropa estndar de reaccin:

= 0 0 0

productos reactivosS S S

Energa libre de Gibbs:G=H-TS, de forma que para un proceso, G=H-TS

Si G 0, la transformacin inversa se realiza de forma espontnea.

H S Espontaneidad de la reaccin

0 Siempre

0 A temperaturas suficientemente elevadas

>0


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RESOLUCIN DE CUESTIONES

Cuestin 1Cuestin 1Cuestin 1Cuestin 1

Indique, razonadamente, si cada una de las siguientes proposiciones, relativas ala variacin de energa libre de Gibbs, G, es verdadera o falsa:a) Puede ser positiva o negativa, pero nunca puede ser cero.b) Es independiente de la temperatura.c) Cuando G es negativo, la reaccin es espontnea.

Solucin

a) Falso. G=H-TS, es decir G consta de la suma de dos trminos, uno que es

la variacin de entalpa (

H) y otro, el trmino entrpico (-T

S), que est refe-rido a la variacin orden-desorden de la reaccin. Luego la suma de estos dostrminos puede ser positiva (reaccin no espontnea de izquierda a derecha),negativa (reaccin espontnea de izquierda a derecha) y cero cuando la reaccinse encuentra en equilibrio termodinmico.

b)Falso. Como se puede observar el trmino entrpico (-TS) es directamenteproporcional a la temperatura, luego G depende de la temperatura.

c) Verdadero. Si G es negativo quiere decir que los reactivos tienden a pasar a

productos espontneamente cediendo energa (de ah el signo negativo de G) yadquiriendo el sistema un estado de menor energa y por lo tanto ms estable.

Cuestin 2Cuestin 2Cuestin 2Cuestin 2

Explique cmo variar con la temperatura la espontaneidad de una reaccin qu-mica en la que H


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b) Para altas temperaturas el trmino entrpico es positivo y mayor en valorabsoluto que el trmino entlpico que es negativo. Luego el trmino entrpico

predomina sobre el trmino entlpico y G=H-TS>0 y la reaccin es no espon-tnea.

CuestinCuestinCuestinCuestin 3333

Indique, razonando la respuesta, si son verdaderas o falsas las siguientes proposi-ciones:a) La energa libre depende de la temperatura.b) No basta que una reaccin sea exotrmica para que sea espontnea.c) En una reaccin qumica la variacin de entropa es siempre positiva.

Solucin

a) Verdadero. G=H-TS, como vemos G depende del trmino entrpico (-TS)y este depende de la temperatura.

b) Verdadero. Puede ocurrir que el trmino entlpico sea negativo y el trmino

entrpico sea positivo y mayor en valor absoluto que H, con lo cual predomina

el trmino entrpico sobre el trmino entlpico, y G ser positivo y por lotanto la reaccin es no espontnea.

c) La entropa es una medida del desorden del sistema, y esta puede aumentar o

disminuir, es decir S puede ser positiva o negativa, si consideramos un sistemacerrado o abierto. Si consideramos un sistema aislado, es decir si consideramosel reactor y el medio ambiente que lo rodea (un ejemplo es el universo), segnenuncia el Segundo Principio de la Termodinmica, la entropa total siempre

aumenta en un proceso irreversible y permanece constante en un proceso rever-sible.


Dados los procesos:0+

2 2 3

2 2

N (g) 3H (g) 2NH (g) H

H O(l) H O(g) H 0

a) Indique de forma razonada, cmo ser el signo de S en cada reaccin.b) Analice la espontaneidad de ambos procesos.


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Solucin

a) La entropa es una medida del desorden del sistema, y esta puede aumentar odisminuir. En general una reaccin que origina un aumento en el nmero de mo-

les de gas va siempre acompaada de un aumento de la entropa y en este caso(reaccin 1) disminuye el nmero de moles gaseosos que pasan de cuatro a dos,luego la entropa disminuye. El signo es negativo.En cuanto a la segunda reaccin, el desorden y por lo tanto la entropa aumentaal aumentar el movimiento catico de las molculas de agua al pasar de lquidoa vapor de agua. La entropa aumenta y el signo es positivo.

b) G=H-TS, a bajas temperaturas puesto que el trmino entlpico (H) es

negativo y predominar sobre el trmino entrpico (-TS) que es positivo, G esnegativo y la reaccin es espontnea. En cambio a altas temperaturas es el tr-

mino entrpico el que predominar sobre el trmino entlpico y G es positivoluego la reaccin es no espontnea.

En la segunda reaccin, a bajas temperaturas predominar el trmino entlpico(H) que es positivo, sobre el trmino entrpico (-TS) que es negativo y G espositivo, luego la reaccin es no espontnea. A altas temperaturas ocurre alcontrario, es el trmino entlpico el que predominar sobre trmino entrpico y

G es negativo y la reaccin es espontnea.


Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:a) Algunas reacciones exotrmicas son espontneas.b) En ciertas reacciones qumicas, la variacin de entalpa coincide con la varia-cin de energa interna.

c) La variacin de entropa de una reaccin espontnea puede ser negativa.

Solucin

a) Verdadero, se cumple para todas aquellas en que el trmino entlpico (H)

que es negativo predomine sobre el trmino entrpico (-TS), o ambos trminossean negativos. Recordemos que una reaccin es espontnea cuando

G=H-TS0, no sernespontneas.

b) Verdadero. Se cumple cuando el trabajo termodinmico es cero; esto sucede

cuando no hay variacin en el nmero de moles gaseosos entre los reactivos yproductos.H=U+pV=U+nRT


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cuando n=0, no hay variacin en el nmero de moles gaseosos entre reactivos y

productos, H=U.

c) Verdadero, pues la reaccin es espontnea cuando G


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positivo y mayor en valor absoluto que el trmino entlpico (H) la reaccin esno espontnea.b) Falso. Como hemos dicho antes la entropa es una magnitud termodinmicaque nos mide el estado de desorden del sistema, y puede aumentar o disminuir.

Un ejemplo de reaccin espontnea en la que la entropa disminuye es la con-densacin del vapor de agua a 50 C.

c) Verdadero. Segn hemos estudiado antes la entropa aumenta (al igual que eldesorden) cuando en la reaccin se origina un aumento del nmero de moles gas,como es en este caso.


Dada la reaccin: + +2 2CO(g) NO (g) CO (g) NO(g) .

a) Dibuje el diagrama de entalpa teniendo en cuenta que las energas de activa-

cin para la reaccin directa e inversa son 134 kJ/mol y 360 kJ/mol.b) Justifique si la reaccin directa es exotrmica o endotrmica.

Solucin

a)

H

coordenada de reaccin

CO + NO2

CO + NO2

Ea

Ea

b) Puesto que el contenido energtico de los productos es menor que el de losreactivos la reaccin es exotrmica. La entalpa de la reaccin sera la diferenciaentre la energa de activacin del proceso directo menos la energa de activacindel proceso inverso. H

r= 134 kJ 360 kJ = -260 kJ


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En una reaccin en la que H


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a) Razone si cuando un sistema gaseoso se expansiona disminuye su energa in-terna.b) Justifique cmo vara la entropa en la reaccin:

2 +4 3 2KClO (s) 2KClO (s) O (g)

Solucin

a) Segn el primer principio: U=Q-W=Q-pV, y puesto que V=VfinalVinicia>0, el

trmino -pV


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Solucin

a) Al disolverse una sal en agua los iones pasan de un estado de ordenacin cris-talina a un desorden total en el seno de la disolucin, por lo tanto la entropa

aumentar.b) En la solidificacin de agua las molculas de lquido pasan de un estado devibracin alto y con pequeas fuerzas intermoleculares a un estado de vibracinbastante inferior y con unas fuerzas intermoleculares mucho ms fuertes, con locual se produce una ordenacin cristalina de dichas molculas de agua. Esta or-denacin hace que el desorden disminuya y la entropa tambin.

c) En la sntesis del amoniaco hay una reduccin de las molculas que hay enestado de gas (de cuatro pasan a dos), por lo tanto esta agrupacin disminuye eldesorden y tambin la entropa.


a) Dibuje el diagrama entlpico de la reaccin: CH2=CH2+ H2CH3CH3sabiendoque la reaccin directa es exotrmica y muy lenta, a presin atmosfrica y tem-peratura ambiente.b) Cmo se modifica el diagrama entlpico de la reaccin anterior por efecto deun catalizador positivo?c) Justifique si la reaccin inversa sera endotrmica o exotrmica.

Solucin

a)

H

coordenada de reaccin

2

E

CH=CH2 2

3 3

+ H

CH-CHH

Ea

a

reaccin

catalizada

reaccin sin catalizar


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b) Como se puede apreciar en la figura el catalizador positivo crea un nuevocamino de reaccin donde la energa de activacin es mucho menor (Ea), con loque la velocidad de reaccin aumenta notablemente.

c) Puesto que la reaccin directa es exotrmica (se cede calor al pasar de reacti-vos a productos) la reaccin inversa ser endotrmica (es necesario aplicar calor

para producirla), y el calor que es necesario aplicar ser el mismo que el de lareaccin directa.


Justifique si es posible que:a) Una reaccin endotrmica sea espontnea.b) Los calores de reaccin a volumen constante y a presin constante sean igua-les en algn proceso qumico.

Solucin

a) Por supuesto que si. Segn hemos dicho G=H-TS, consta de dos trminos el

trmino entlpico (H), y el trmino entrpico (-TS). Aunque el trmino entl-

pico (H) sea positivo si el trmino entrpico (-TS) es negativo y mayor en valorabsoluto que el trmino entlpico, la suma de los dos trminos ser menor quecero que es la condicin para que una reaccin sea espontnea.

b) Verdadero. Se cumple cuando el trabajo termodinmico es cero; esto sucedecuando no hay variacin en el nmero de moles gaseosos entre los reactivos y

productos.

H = U + pV = U + nRT; cuando n=0, no hay variacin en el nmero de

moles gaseosos entre reactivos y productos, H=U.


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RESOLUCIN DE PROBLEMAS

ProblemaProblemaProblemaProblema 1111

Calcule la variacin de entalpa de reaccin estndar de hidrogenacin del aceti-leno (C2H2) para formar etano:a) A partir de las energas medias de enlace: (C-H)=414 kJ/mol;

(H-H)=436 kJ/mol; (CC)=347 kJ/mol; (CC)=837 kJ/mol.b) A partir de las entalpas de formacin estndar del etano,

85 = 0f 2 6H (C H ) kJ/mol ; y del acetileno, 227 =

0f 2 2H (C H ) kJ/mol .

Solucin

a) Escribimos la ecuacin de hidrogenacin del acetileno con formacin de eta-

no:CHCH + 2H2 CH3-CH3

y aplicamos la ecuacin:oH energa enlaces rotos- energa enlaces formados=

Enlaces rotos Enlaces formados1(CC) 1(C-C)2(H-H) 4(C-H)

2 = +o o o o orH H (C C) H (H-H)-4 H (C-H)- H (C-C)

837 2 436 4 414 347 294 = + = orH ( ) ( ) kJ/mol

b) Segn la definicin de entalpa de reaccin:

= = o o o o o o

r f(productos) f (reactivos) f 3 3 f f 2H H H H (CH -CH ) H (CH CH)-H (H )

85 227 2 0 312= = orH ( ) kJ/mol


A partir de los datos suministrados, calcule la variacin de la entalpa de forma-cin estndar del propano.Datosde energas medias de enlace en kJ/mol: (CH)=414; (CC)=347; (HH)=436.

Dato de Entalpa de sublimacin: C(s)C(g), 7120H kJ/mol = .


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Solucin 1

Escribimos la ecuacin de formacin del propano: 3C(s) + 4H2C3H8(g). La en-talpa de formacin del propano se puede calcular a partir de la entalpa de

reaccin y a partir de las entalpas de enlace.A partir de la entalpa de la reaccin:

4

=

=

o o o

r f(productos) f (reactivos)

o o o o or f 3 8 f 2 f f 3 8

H H H

H = H (C H ) H (H )-3H (C) H (C H )

A partir de las energas de enlace:

= +o

r

o o o oH 3 H (sublimacin de C) 4 H (H-H)-8 H (C-H)-2 H (C-C)

3 712 4 436 8 414 2 347 126+orH = - - =- kJ/mol

Igualando ambas expresiones: 126= = o of 3 8 rH (C H ) H kJ/mol

Solucin 2

Tambin puede resolverse el ejercicio aplicando la ley de Hess, formando laecuacin problema como suma de las reacciones que nos dan.

La ecuacin problema es: 3C(s) + 4H2C3H8(g)orH

y las ecuaciones termoqumicas correspondientes a los datos son:

(1) C(s)C(g) oH kJ/mol712=

(2) H2 2H 436oH kJ/mol=

y adems se puede obtener la energa de disociacin del propano en sustomos constituyentes:

(3) C3H8(g) 3C(g) + 8H(g)

oH energa enlaces rotos- energa enlaces formados=

8 8 414 2 347 4006 = + = + =oo o

rH H (C-H) 2 H (C-C) ( ) ( ) kJ/mol

la ecuacin problema se puede obtener como: 3(1) (3)+ 4(2).

Efectivamente:

3C(s) 3C(g) oH ( ) kJ/mol3 712=

3C(g) + 8 H(g) C3H8(g)oH kJ/mol4006=

4H28HoH ( ) kJ/mol4 436=

_____________________________________________________________

3C(s) + 4H2C3H8(g)oH ( ) ( ) kJ/mol3 712 4006 4 436 126= + =


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Problema 3Problema 3Problema 3Problema 3

a) Calcule la variacin de entalpa que se produce en la reaccin de combustindel butano en condiciones estndar, enunciando los principios tericos o leyes enlos que se basa.b) Qu cantidad de calor se desprender en la combustin completa de los 12 kgde butano que contiene una bombona?

Datos: Entalpas de formacin estndar: [ ] = 0f 2H CO (g) 393 kJ/mol ;

[ ] = 0f 2H H O(l) 286 kJ/mol ; [ ] 125 = 0f 4 10H C O (g) kJ/mol .

Masas atmicas: H=1; C=12; O= 16.

Solucin

a) Se escribe la ecuacin de combustin ajustada

C4H10(g) +2

13 O2(g) 4CO2(g) + 5H2O(l)

Teniendo en cuenta que la entalpa es una funcin de estado, esto es, slo de-pende del estado inicial y final del sistema y no del camino por el que transcurrela reaccin:

24 5= = +COo o o o o or f(productos) f (reactivos) f f 2 f 4 10 H H H H ( ) H (H O)-H (C H )

4 393 5 286 125 2877= + = orH ( ) ( ) ( ) kJ/mol

b) Calculamos en primer lugar nmero de moles contenidos en 12 kg de butano:n= g/Mm = 12.000g/58 g/mol = 2069 moles

As pues, el calor desprendido en la combustin de estos moles de butano ser:

Q= 2069 moles (- 2877 kJ/mol) = -595251 kJ.


A partir de los datos tabulados correspondientes a energas de enlace:

Enlace Energa de enlace (kJ/mol)

H-H 436

O=O 498

O-H 464

a) Calcule la entalpa de formacin estndar del agua en estado gaseoso.


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b) Compare el resultado obtenido por este mtodo con el calculado a partir desus elementos (-247 kJ/mol), aportando una posible explicacin de discrepancia,si la hubiera.

Solucin

a) Escribimos la ecuacin de formacin del agua en estado gaseoso:

H2(g) +2

1O2(g) H2O(g)

ofH

Aplicamos la ley de Hess describiendo la reaccin problema como suma de variasreacciones que nos indican en los datos:

(1) H2(g) 2H(g) 436oH kJ/mol=

(2) O2(g) 2O(g) 498oH kJ/mol=

(3) H2O(g) 2H(g) + O(g) 2 2 464 928= = =o o

RH H (H-O) ( ) kJ/mol

La reaccin problema es la suma de (1) +2

1(2) - (3)

(1) H2(g) 2H(g) 436oH kJ/mol=

(2) O2(g) O(g) 498 2oH / kJ/mol 249 kJ/mol= =

(3) 2H(g) + O(g) H2O(g) 928oH kJ/mol=

H2(g) +2

1O2(g) H2O(g) 436 249 928 243= + = kJ mol

orH /

b) Como se puede observar el resultado no difiere mucho del dado en el enun-

ciado (-247 kJ), aunque es ms fiable ste ltimo, ya que los datos empleados enla reaccin (3) son entalpas medias de enlace entre el tomo de oxgeno y eltomo de hidrgeno en distintas sustancias en las cuales existe dicho enlace y nocoinciden exactamente con la entalpa de enlace O-H de la molcula de agua.


En un calormetro adecuado a 25 C y 1 atm de presin, se queman completa-mente 5 cm3 de etanol (C2H5OH) producindose dixido de carbono gaseoso yagua lquida. El calor desprendido a presin constante, es 11704 kJ. Calcule:a) La variacin de entalpa de combustin estndar del etanol.

b) La variacin de energa interna a la temperatura de 25 C.Datos: Densidad del etanol=079 g/cm3; R=831 J K-1mol-1.Masas atmicas: H=1; C=12; O=16.


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Solucin

a) Escribimos la ecuacin de combustin del etanol:

C2H5OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(l)

Para calcular el calor desprendido a presin constante debemos averiguar prime-ro el nmero de gramos de etanol y despus, el nmero de moles de etanol:

n de g de etanol = 5 cm33

0 79

1

' g

cm= 395 g de etanol

n de moles de etanol =3 95

46

' g

g/mol= 0086 moles

Sabiendo que la entalpa de combustin es el calor desprendido para un mol,establecemos una relacin de proporcionalidad:

0 086 1

117 04=

' moles mol

' kJ x => x = - 13609 kJ/mol

b) La variacin de energa interna est relacionada con la variacin de entalpa

segn la ecuacin: H= U + nRT siendo n la variacin enel nmero de moles gaseosos que existe en la reaccin, por lo que despejando ysustituyendo:

U=H -nRT=-13609 kJ/mol - (-1) .8 3 1

298 1358 41000

= ' 1J kJ

K ' kJ/molK.mol J

Puesto que n = 2-3 = -1.


Calcule la energa media de los enlaces qumicos CH y CC utilizando los datosde la tabla siguiente:

Sustancia Proceso H (kJ/mol)

CH4(g) Formacin -748

C2H6(g) Formacin -85

C(s)C(g) Sublimacin 715

H2(g) Disociacin 436


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Solucin

a) Para calcular la energa de enlace C-H, necesitamos una ecuacin termoqumi-ca en la que aparezca dicha energa en funcin de los datos aportados. La ecua-

cin buscada es la de disociacin del metano en sus tomos constituyentes:

CH4(g) C(g) + 4H(g) 4= C Ho orH H ( )

La entalpa de la reaccin anterior la podemos calcular aplicando la ley de Hess,como suma de varias reacciones que nos indican:

(1) C(s) + 2H2(g) CH4(g) 74 8oH ' kJ/mol=

(2) 2C(s) + 3H2(g) C2H6(g) 85oH kJ/mol=

(3) C(s) C(g) 715oH kJ/mol=

(4) H2(g) 2H(g) 436oH kJ/mol=

Efectivamente, si sumamos (3) (1) +2(4) obtenemos la ecuacin problema:

(3) C(s) C(g) 715oH kJ/mol=

-(1) CH4(g) C(s) + 2H2(g) 74 8=oH ' kJ/mol

2(4) 2H2(g) 4H(g) 2 436oH ( ) kJ/mol=

CH4(g) C(g) + 4H(g) 715 74 8 2 436 1661 8= + + =orH ' ( ) ' kJ/mol

luego: 4 1661 8= =o orH H (C-H) ' => 1661 8 4 415 4oH (C-H) ' / ' kJ/mol= =

b) Para calcular la energa de enlace C-C planteamos la ecuacin de disociacindel etano en sus tomos constituyentes:

C2H6(g) 2C(g) + 6H(g) 6= + o o orH H (C C) H (C H)

oRH se puede calcular por la ley de Hess como suma de 2(3) - (2) + 3(4):

2(3) 2C(s) 2C(g) 2 715oH ( ) kJ/mol=

-(2) C2H6(g) 2C(s) + 3H2(g) 85oH kJ/mol=

3(4) 3H2(g) 6H(g) 3 436oH ( ) kJ/mol=

C2H6(g) 2C(g) + 6H(g) 2 715 85 3 436 2823= + + =oRH ( ) ( ) kJ/mol

luego 6 2823= + =o o orH H (C C) H (C H) kJ/mol

y despejando 2823 6 415 4 330 6 = =oH (C C) ' ' kJ/mol


20/35



Las variaciones de entalpas de formacin estndar del CH4(g), CO2(g) y H2O(l)son, respectivamente, -748 kJ/mol; -395 kJ/mol y -2855 kJ/mol. Calcule:a) La variacin de entalpa de combustin del metano.b) El calor producido en la combustin completa de 1 m3de metano medido encondiciones normales.Dato: R=0082 atm L K-1mol-1.

Solucin

a) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) orH

Para la reaccin anterior vamos a calcular la entalpa basndonos en la propie-dad de la entalpa de ser una funcin de estado, es decir no depende del caminoseguido sino de la posicin inicial y final, por lo tanto la podemos expresar co-mo:

2 2= = +o o o o o or f (productos) f (reactivos) f f 2 f 4H H H H (CO ) H (H O)-H (CH )

395 2 285 5 74 8 891 2= + = orH ( ' ) ( ' ) ' kJ/mol

b) Para este calculo tenemos en cuenta que un gas en condiciones normales ocu-pa un volumen de 22,4 L, luego:

3

3

1000 1 891 21 39786

1 22 4 1= =

L mol - ' kJQ m - kJ

m ' L mol


888

a) Calcule la variacin de entalpa de formacin del amoniaco, a partir de lossiguientes datos de energas de enlace: (HH)=436 kJ/mol; (NH)=389 kJ/mol;(NN)=946 kJ/mol.b) Calcule la variacin de energa interna en la formacin del amoniaco a la tem-peratura de 25C.Dato: R=831 J K-1mol-1.

Solucin

a) Escribimos la reaccinde formacin del amoniaco:

2

3

H2(g) + 2

1

N2(g) NH3(g)y a partir de los datos se pueden obtener las reacciones:


21/35


(1) H2(g) 2H(g) 436=oH kJ/mol

(2) NH3(g) N(g) + 3H(g) 3 389=oH ( ) kJ/mol

(3) N2(g) 2N(g) 946=oH kJ/mol

Podemos observar que sumando2

1(3) +

2

3(1) (2) se obtiene la reaccin proble-

ma:

2

1(3)

2

1N2(g) N(g) 946 2

oH / kJ=

2

3(1)

2

3H2(g) 3H(g) 3 436 2=

oH ( )/ kJ

-(2) N(g) + 3H(g) NH3(g) 3 389= oH ( ) kJ

suma

2

3H2(g) +

2

1N2(g) NH3(g)

946 2 3 436 2 3 389 40= + = orH / ( )/ ( ) kJ/mol

b) U = H - nRT = - 40 kJ/mol - (-1) .8 31 1

298 37 51000

' J kJ K - ' kJ/mol

Kmol J= pues

n de la reaccin problema = 1 -2

1-

2

3= -1.


El amoniaco, a 25C y 1 atm, se puede oxidar segn la reaccin:

O(l)6H4NO(g)g)(5Og)(NH4 223 ++ Calcule:a) La variacin de entalpa.b) La variacin de energa interna.

Datos: R=831 JK-1mol-1, ( )0 3 46 2fH NH g ' kJ/mol = ;

[ ] 90 4 =0fH NO(g) ' kJ/mol ; [ ]0

2 286 4 =fH H O(l) - ' kJ/mol

Solucin

a) Al igual que en el ejercicio 7, calculamos la variacin de entalpa de la reac-cin.

24 6 5=

= +

o o o o o o o

r f (productos) f (reactivos) f f 2 f 3 f H H H H (NO) H (H O)-4H (NH ) H (O )4 90 4 6 286 4 4 46 2 5 0 1172= + = orH ( ' ) ( ' ) ( ' ) kJ


22/35


b) U=H-nRT=-1172 kJ/mol - (-5mol) .8 31 1

2981000

' J kJ K

K.mol J=-11596 kJ/mol.

pues n de la reaccin problema = 4 -5 -4= -5.


a) Calcule la variacin de entalpa de formacin estndar del acetileno (etino) apartir de las entalpas de combustin estndares (kJ/mol) del hidrgeno, carbono(grafito) y acetileno cuyos valores son, respectivamente: -2853; -3933 y-12983.b) Calcule el calor desprendido, a presin constante, cuando se quema 1 kg deacetileno.Datos.Masas atmicas: H=1; C=12.

Solucin

a) Escribimos la ecuacin de combustin del acetileno:

C2H2(g) +2

5O2(g) 2CO2(g) + H2O(l) 1298 3=

orH ' kJ/mol

y a partir de la relacin:

22= = +o o o o o o

r f (productos) f (reactivos) f f 2 f 2 2H H H H (CO ) H (H O) - H (C H )

calculamos of 2 2H (C H ) .

-12983 kJ/mol=2(-3935) + (-2853) - of 2 2H (C H ) y despejandoo

f 2 2H (C H ) ,

o

f 2 2H (C H ) = +12983 + 2(-3935) + (-2853) = 226 kJ/mol

b) Para calcular el calor desprendido al quemar 1 kg de acetileno establecemosla relacin:

1

1

26 1000

1298 3

=

g mol g

' kJ mol x => x= - 499346 kJ

masa molecular del acetileno=26 g/mol.


a) Calcule la variacin de entalpa estndar correspondiente a la reaccin:

(g)SOZnO(s)g)(Os)(ZnS 2223 ++

b) Qu calor se absorbe o desprende, a presin constante, cuando reaccionan100 g de ZnS(s) con oxgeno en exceso?


23/35


Datos: [ ] 202 9 = 0fH ZnS(s) ' kJ/mol ; [ ] 348 0 = 0

fH ZnO(s) ' kJ/mol ;

[ ] 296 1 = 0f 2H SO (g) ' kJ/mol ; Masas atmicas: O=16; S=32; Zn=654.

Solucin

a) Aplicando la propiedad de la entalpa de reaccin de ser una funcin de esta-do:

= = +o o o o o or f (productos) f (reactivos) f f 2 f H H H H (ZnO) H (SO ) - H (ZnS)

348 0 296 1 202 9 441 2= + = orH ' ( ' ) ( ' ) ' kJ

b) Para calcular el calor desprendido al reaccionar 100 g de ZnS, establecemos larelacin:

1

1

97 4 100

441 2

=

' g mol g

' kJ mol x

=> x= - 45298 kJ

masa molecular del ZnS = 974 g/mol


a) Calcule la variacin de entalpa que se produce cuando se obtiene benceno a

partir del acetileno (etino) segn la reaccin: (l)HCg)(H3C 6622 , sabiendo

que las entalpas de formacin del acetileno gaseoso y del benceno lquido son2267 kJ/mol y -490 kJ/mol, respectivamente.b) Calcule el calor producido, a presin constante, cuando se queman 100 g deacetileno gaseoso sabiendo que:

[ ] kJ/mol393g)(COH 20f = , [ ] kJ/mol286l)(OHH 2

0f =

Masas atmicas: H=1; C=12.

Solucin

a) Aplicando la ecuacin:

6 6 3 = = o o o o or f (productos) f (reactivos) f f 2 2H H H H (C H ) H (C H )

b) Calculamos en primer lugar la entalpa de combustin del acetileno:

49 0 3 226 7 729 1= = orH ' ( ' ) ' kJ


24/35


C2H2(g) +2

5O2(g) 2CO2(g) + H2O(l)

orH

2 22 = = + o o o o o or f (productos) f (reactivos) f f f 2 2H H H H (CO ) H (H O) H (C H )

2 393 5 286 226 7 1298 7= + = orH ( ' ) ( ) ( ' ) ' kJ

Para calcular el calor desprendido al quemar 100 g de acetileno establecemos larelacin:

1

1

26 100

1298 7

=

g mol g

' kJ mol x => x= - 4995 kJ

siendo la masa molecular del acetileno = 26 g/mol.


Dada la reaccin: (g)COCaO(s)s)(CaCO 23 + a) Determine la cantidad de calor, a presin constante, que es necesario suminis-trar para descomponer 3 kg de carbonato de calcio.b) Qu cantidad de carbonato de calcio se deber utilizar para producir 7 kg dexido de calcio si el rendimiento es del 90%.

Datos: [ ] 1209 6 = 0f 3H CaCO (s) ' kJ/mol ; [ ] kJ/mol393g)(COH 20f = ;

[ ] 635 1 = 0fH CaO(s) ' kJ/mol ; Masas atmicas: C=12; O=16; Ca=40.

Solucin

a) 2 = = + o o o o o or f (productos) f (reactivos) f f f 3H H H H (CaO) H (CO ) H (CaCO )

635 1 393 1209 6 181 5= + =o

rH ' ( ) ( ' ) ' kJ/mol para calcular la cantidad de calor necesaria para descomponer 3000 g de estasustancia, establecemos la siguiente relacin:

1

1

100 3000

181 5

=

g mol g

' kJ mol x => x = 5445 kJ.

b) Para calcular la cantidad de carbonato necesario para obtener 7 kg = 7000 gde cal, establecemos la siguiente relacin:

=3100 g CaCO x

56 g CaO 7000 => x =12500 g de CaCO3

masa molecular del carbonato clcico=100 g/mol.Como el rendimiento es del 90% debemos utilizar ms cantidad de CaCO3para

obtener la cantidad deseada:


25/35


3

10012500 13889

90=

g totalesg g de CaCO

g puros


Las entalpas de formacin del agua lquida y del dixido de carbono gas son res-pectivamente, -286 kJ/mol y -393 kJ/mol a 25 C y la entalpa de combustin delacetileno es -1299 kJ/mol.a) Calcule la entalpa de formacin del acetileno si consideramos que el aguaformada en la combustin est en estado lquido.b) Sabiendo que la entalpa de formacin del etano es -85 kJ/mol, calcule laentalpa de hidrogenacin del acetileno segn la reaccin:

(g)HC(g)2H(g)HC 62222 +

Solucin

a) A partir de la reaccin de combustin del acetileno:

C2H2(g) +2

5O2(g) 2CO2(g) + H2O(l) 1299 =

0rH KJ/mol

= o o or f (productos) f (reactivos)H H H = 2 2 2 22 +

o o of f f H (CO ) H (H O) H (C H ) =

-1299 kJ/mol = 2(-393) + (-286) - 2 2o

fH (C H )

2 2

ofH (C H ) = +1299 + 2(-393) + (-286) = 227 kJ/mol

b) Para calcular la entalpa de reaccin de hidrogenacin del acetileno tenemosen cuenta que es una funcin de estado:

+ 2 2 2 2 6C H (g) 2H (g) C H (g)

= o o or f (productos) f (reactivos)H H H = 2 6 2 2

o of fH (C H ) H (C H ) =-85-227=-312kJ/mol


Uno de los alimentos ms consumido es la sacarosa C12H22O11. Cuando reaccionacon el oxgeno se transforma en dixido de carbono y agua desprendiendo 3489kJ/mol, a la presin de una atmsfera. El torrente sanguneo absorbe, por trmi-no medio, 26 moles de O2en 24 horas. Con esta cantidad de oxgeno:a) Cuntos gramos de sacarosa se pueden quemar al da?b) Cuntos kJ se producirn en la combustin?

Datos:Masas atmicas: H=1; C=12; O=16.


26/35


Solucin

a) Escribimos la reaccin problema:

C12H22O11+ 12O212CO2(g) + 11H2O(l) 348 9 = 0rH ' kJ/mol

Puesto que el torrente sanguneo absorbe 26 moles de O2en 24 horas, de-terminamos los moles de sacarosa que se pueden quemar en ese tiempo:

2 2

1

12 26=

mol sacarosa x moles sacarosa

reacciona moles O moles O => x=217 moles de sacarosa

y, puesto que 1 mol son 342 g, tenemos que:Masa sacarosa = n de moles Mm = 217 342 = 741 g

b) Para calcular el calor desprendido tenemos en cuentan la entalpa de combus-tin:

348 9

2 17 755 951

= =

' kJ

Q ' moles - ' kJmol


La reaccin entre la hidracina (N2H4) y el perxido de hidrgeno (H2O2) se utilizapara la propulsin de cohetes:

kJ-710HO(l)4H(g)N(l)O2H(l)HN 222242 =++

Las entalpas de formacin de H2O2(l) y del H2O(l) son -1878 y -286 kJ/mol, res-pectivamente.a) Calcule la entalpa de formacin de la hidracina.b) Qu volumen de nitrgeno, medido a 10 C y 50 mm de mercurio, se produci-

r cuando reaccionen 64 g de hidracina?Datos: R=0082 atmLK1mol1. Masas atmicas: H=1; N=14; O=16.

Solucin

a) Considerando que la entalpa de reaccin es una funcin de estado:

+ + =o

2 4 2 2 2 2 r N H (l) 2H O (l) N (g) 4H O(l) H -710 kJ

2 2 2 4 2 24 2 = = + o o o o o o or f (productos) f (reactivos) f f f f H H H H (N ) H (H O) H (N H ) H (H O )

despejando 2 4o

fH (N H )

2 4 2 2 2 24 2 = + o o o o o

f f f f rH (N H ) H (N ) H (H O) H (H O ) H

2 4

ofH (N H ) = 0 + 4(-286)-2(-1878) - (-710) = - 584 kJ/mol

b) Los moles de hidracina son:


27/35


642

32= =

o gn de moles molesg/mol

y, segn la reaccin, con dos moles de hidracina se obtienen dos moles de nitr-

geno, que ocupan un volumen de:2 0 082 283

705 51

50760

= = =nRT moles ( ' atmL/Kmol) K

V ' L.atmP mmHg mmHg


a) Calcule la variacin de la entalpa de reaccin estndar:

(g)HC(s)Ca(OH)l)(OH2s)(CaC 22222 ++

b) Qu calor se desprende en la combustin de 100 dm3de acetileno, C2H2, me-didos a 25 C y 1 atm.

Datos: [ ]0f 2H CaC (s) 59'0 kJ/mol = ; [ ] kJ/mol393g)(COH 20f = ;

[ ] kJ/mol286l)(OHH 20f = ; [ ] kJ/mol986s)(Ca(OH)H 2

0f = ;

[ ]( 227 =0f 2 2H C H g) kJ/mol

Solucin

a) El clculo de la entalpa de reaccin se realiza teniendo en cuenta que es unafuncin de estado:

22 2 2 2 2CaC (s) H O(l) Ca(OH) (s) C H (g)+ +

= o o or f (productos) f (reactivos)H H H

[ ]2 2 2 2 22 = + o o o o o

r f f f f H H Ca(OH) H (C H ) H (H O) H (CaC ) =

0rH -986 + 227 2(-286) (-59,0) = -128 kJ.

b) Para calcular el calor desprendido se calcula en primer lugar el nmero demoles de acetileno contenido en 100 dm3:

1 1004 092

0 082 298= = =

PV atm Lnde moles ' moles de acetileno

RT ' atmL/Kmol K

A continuacin se calcula 0rH de la combustin del acetileno:

C2H2(g) +2

5O2(g) 2CO2(g) + H2O(l)


2 2 2 22 = + o o o or f f f H H (CO ) H (H O) H (C H )


28/35


2 393 286 227 1299 = + = orH ( ) ( ) kJ/mol

y por ltimo: 4 092 1299 5315 5= = = orQ n de moles H ' ( ) ' kJ


Dadas las entalpas de formacin estndar del dixido de carbono (CO2), 393 kJmol-1y del SO2, 2968 kJmol

-1y la de combustin del disulfuro de carbono:o

2 2 2 2 rCS (l) 3O (g) CO (g) 2SO (g) H 1072 kJ+ + =

Calcule:a) La entalpa de formacin estndar del disulfuro de carbono.b) La energa necesaria para la sntesis de 25 kg de disulfuro de carbono.Datosde Masas atmicas: C=12; S=32.

Solucin

a) Considerando que la entalpa de reaccin es una funcin de estado:


2 2 22 = + o o o or f f f H H (CO ) H (SO ) H (CS ) y despejando 2

ofH (CS )

2

ofH (CS ) = -393 +2(-2968) - (-1072) = 854 kJ/mol

b) Se calcula en primer lugar el nmero de moles contenidos en 25 kg de disul-furo de carbono:

2

250032 9

76= =

gn de moles ' moles de CS

g/mol

masa molecular = 76 g/mola continuacin calculamos la energa necesaria:

Q = n de moles 2o

fH (CS ) = 329 moles(854 kJ/mol) = 28097 kJ


La combustin del pentaborano lquido se produce segn la reaccin:

O(l)H9(s)OB5g)(O12l)(H2B 232295 ++

a) Calcule:La entalpa de reaccin estndar.b) El calor que se desprende, a presin constante, en la combustin de un gramode pentaborano.

Datos. Masas atmicas: H=1; B=11. [ ] 73 2 =0f 5 9H B H (l) ' kJ/mol ;

[ ] 1263 6 = 0f 2 3H B O (s) ' kJ/mol ; [ ] 286= 0

f 2H H O(l) kJ/mol


29/35


Solucin

a) Para la reaccin: 12 5 95 9 2 2 3 2

2B H (l) O ( g) B O (s) H O(l)+ + o

r

H


2 3 2 5 95 9 2 = + o o o or f f f H H (B O ) H (H O) H (B H )

5 1263 6 9 286 2 73 2 9038 4 = + = orH ( ' ) ( ) ( ' ) ' kJ

c) Para calcular el calor desprendido hemos de tener en cuenta que con dosmoles de pentaborano se desprenden - 90384 kJ, y a partir de aqu conside-rando la masa molecular de este compuesto (64 g/mol):

12 64 1

9038 4

=

mol g mol g

' kJ x => x = 706 kJ


Determine los valores de las entalpas de las siguientes reacciones:a) H2(g) + Cl2(g) 2HCl (g)

b) (g)CHCHg)(Hg)(CHCH 33222 +=

Datos: Energas medias de enlace (kJmol-1); (H-H)=4360; (ClCl)=243;(CH)=414; (C=C)=611; (HCl)=431; (CC)=347.

Solucin

a) La entalpa de reaccin se puede obtener como diferencia entre las energasde enlace de los enlaces rotos y los enlaces formados:

o

rH energa enlaces rotos -energa enlaces formados=

o o o o

rH H (H-H) H (Cl-Cl) -2 H (Cl-H) = +

436 243 2 431 183or

H ( ) kJ = + =

b) Para la reaccin:2 2 2 3 3

CH CH ( g) H ( g) CH CH (g)= + o

rH energa enlaces rotos -energa enlaces formados=

o o o o o

rH H (C C) H (H-H)- H (C-C) - 2 H (C-H) = = +

611 4 36 347 2 414 128or

H kJ = + =


30/35



El proceso de fotosntesis se puede representar por la ecuacin:

6 6 + + =o

2 2 6 12 6 2 r 6CO (g) H O(l) C H O (s) O (g) H 3402'8 kJ Calcule:a) La entalpa de formacin estndar de la glucosa, C6H12O6.b) La energa necesaria para la formacin de 500 g de glucosa mediante fotosn-tesis.

Datos: ( )02

285 8= fH H O l ' kJ/mol ; ( )0

2 393 = fH CO g kJ/mol

Masas atmicas: C = 12; H = 1; O = 16.

Solucin

a) o o or f (productos) f (reactivos)

H H H =

6 12 6 2 26 6

o o o o

r f f f H H ( C H O ) H ( H O ) H ( CO ) =

y despejando la entalpa de formacin de la glucosa:

6 12 6 2 26 6

o o o o

f r f fH ( C H O ) H H ( H O ) H ( CO ) = + +

6 12 6

o

fH ( C H O ) = 34028 + 6(-2858) + 6(-393) = - 670 kJ/mol

b) Se determina en primer lugar el nmero de moles de glucosa contenidos en500 g, teniendo en cuenta que la masa molecular de la glucosa es 180 g/mol, y a

partir de la6 12 6

o

fH ( C H O ) se determina la energa necesaria para su formacin.

Q = n de moles o

fH =

5003402 8 9452

180

g ' kJ / mol kJ

g / mol=


Calcule:a) La variacin de entalpa estndar para la descomposicin de 1 mol de carbona-to de calcio, CaCO3(s), en dixido de carbono, CO2(g), y xido de calcio, CaO(s).b) La energa necesaria para preparar 3 kg de xido de calcio.

Datos: [ ] 1209 6 = 0f 3H CaCO (s) ' kJ/mol ; [ ] 393 = 0

f 2H CO (g) kJ/mol

[ ] 635 1 = 0fH CaO(s) ' kJ/mol . Masas atmicas: Ca=40; O=16.

Solucin

a) o o or f (productos) f (reactivos)H H H =

2 3

o o o o

r f f f H H ( CaO ) H ( CO ) H ( CaCO ) = +


31/35


o

rH =- 635,1+ (- 393) - (- 12096) = 1815 kJ/mol

b) En primer lugar se determina el n de moles de xido de calcio contenidos en

3 kg, sabiendo que la masa molecular de este compuesto es 56 g/mol:n =

3000

56

g

g / mol= 5357 moles

Para calcular la energa necesaria habr que tener en cuanta que por cada molde carbonato clcico descompuesto se forma un mol de xido de calcio:

Q = n de moles or

H = 5357 moles (1815 kJ/mol) = 97232 kJ


A efectos prcticos se puede considerar la gasolina como octano (C 8H18). Las en-talpas de formacin estndar de H2O(g), CO2(g) y C8H18(l) son, respectivamente:-2418 kJ/mol, -393 kJ/mol y -2500 kJ/mol. Calcule:a) La entalpa de combustin estndar del octano lquido, expresada en kJ/mol,sabiendo que se forman CO2y H2O gaseosos.b) La energa, en kilojulios, que necesita un automvil por cada kilmetro, si suconsumo es de 5 L de octano lquido por cada 100 km.Datos: Densidad del octano lquido =08 kg/L. Masas atmicas: C=12; H=1.

Solucin

a) La reaccin de combustin del C8H18es:

C8H18(l)+2

25

O2(g) 9H2O(g) + 8CO2(g)

o o o

r f (productos) f (reactivos)H H H =

2 2 8 189 8

o o o o

r f f f H H ( H O ) H ( CO ) H ( C H ) = +

o

rH = 8(- 393) + 9(- 2418) - (-250) = -50702 kJ/mol

b) En primer lugar se determina el consumo de gasolina, en gramos por cadaKm:

5 0 8

100 1

L ' kg

km L= 004 kg/km = 40 g/km de gasolina;

n de moles= 40

114

g

g / mol= 035 moles de gasolina consumidos en 1 km


32/35


La energa consumida ser = 035 moles(50702 kJ/mol) = 1779 kJ.El signo es positivo puesto que se trata de energa consumida.


Se obtiene cloruro de hidrgeno a partir de la reaccin:

2 + =2 2H (g) Cl ( g) HCl(g) H -184'4 kJ

Calcule:a) La energa desprendida para la produccin de 100 kg de cloruro de hidrgeno.b) La entalpa del enlace HCl, si las entalpas de enlace HH y ClCl son, respec-tivamente, 436 kJ/mol y 243 kJ/mol.Datosde Masas atmicas: Cl=355; H=1.

Solucin

a) Se calcula en primer lugar los moles de cloruro de hidrgeno contenidos en100 kg

nmero de moles =100000

36 5

g

' g / mol= 27397 moles de HCl

y teniendo en cuenta que por cada dos moles de HCl formados se desprenden-1844 kJ, la energa desprendida para la formacin de 27397 moles la calcula-

mos por la relacin:

Q =2 2739 7

184 4

moles ' moles

' kJ x=

=> x = 252600 kJ

b) Teniendo en cuenta que la entalpa de reaccin se puede obtener como dife-

rencia entre las energas de los enlaces rotos y los enlaces formados:o

rH energa enlaces rotos- energa enlaces formados=

o o o o

rH H (Cl-Cl) H (H-H)-2 H (Cl-H) = + , y despejando oH (Cl-H)

2 184 4 243 436 863 4o o o or

H (Cl-H) H (Cl-Cl) H (H-H) - H ( ' ) ' kJ . = + = + + =

luego oH (Cl-H) = 8634/2 = 4317 kJ/mol


A 25C y 1 atm, la variacin de entalpa es 3351 kJ para la reaccin:

g)(3OAl(s)4s)(O2Al 232 +

Calcule:


33/35


a) La entalpa de formacin estndar del Al2O3.b) La variacin de entalpa cuando se forman 10 g de Al2O3, en las mismas condi-ciones de presin y temperatura.Masas atmicas: Al=27; O=16.

Solucin

a) La reaccin de formacin del xido de aluminio, 2Al(s) + 3O 2(g) Al2O3(s),puede obtenerse invirtiendo la reaccin del enunciado y dividindola entre dos,por tanto:

o

rH = -3351/2= -16755 kJ/mol. El signo negativo se debe a que se ha inver-

tido el sentido de la reaccin.

b) Para calcular la cantidad de energa al formarse 10 g de Al2O3 establecemosla siguiente relacin:

1

2 3

1

102 10

1675 5

g mol Al O g

x' kJ mol

=

=> x =-16427 kJ,Ya que la masa molecular del Al2O3=102 g/mol.


El sulfuro de cinc al tratarlo con oxgeno reacciona segn:

3 2 2+ +2 2

2ZnS ( s) O ( g) ZnO(s) SO (g)

Si las entalpas de formacin de las diferentes especies son:

[ ] 202 9= 0fH ZnS(s) ' kJ/mol ; [ ] 348 3= ( '0

fH ZnO s) kJ/mol ;

[ ] 296 8= 0f 2H SO (g) ' kJ/mol .

a) Cul ser el calor, a presin constante de una atmsfera, que se desprendercuando reaccionen 17 gramos de sulfuro de cinc con exceso de oxgeno?b) Cuntos litros de SO2, medidos a 25 C y una atmsfera, se obtendrn?Datos: R=0082 atmLK-1mol-1. Masas atmicas: O=16; S=32; Zn=65,4.

Solucin

a) Calculamos en primer lugar la entalpa de la reaccin problema:o o o


22 2 2

o o o o

r f f f H H ( ZnO ) H ( SO ) H ( ZnS ) = +

o

rH =2(- 3483) + 2(- 2968) - 2(-2029) = - 8844 kJ

Para un mol de ZnS se desprender la mitad: - 8844 kJ/2 = - 4422 kJ

moles de ZnS contenidos 17 g =17

97 4

g

' g / mol= 0174 moles


34/35


(masa molar = 974 g/mol)

calor desprendido = nmero de moles de ZnS or

H = 0174(-4422) = - 769 kJ

b) Para calcular el volumen de SO2obtenido, tenemos en cuenta que los molesde ZnS que reaccionan son los mismos que se obtienen de SO2, es decir son 0174.1 1

0 174 0 082 298

1

nRT ' mol ' atl l K mol K V

P atm

= = = 426 L de SO2


a) Calcule la variacin de energa libre estndar, a 25C, para las siguientes reac-ciones, utilizando los datos tabulados:

NaCl(s)2(g)Fg)(Cls)(2NaF 22 ++

ZnO(s)Pb(s)s)(Zns)(PbO ++

b) A la vista de los resultados, comente la conveniencia o no de utilizar estasreacciones en la obtencin de flor y plomo respectivamente:

Datos. NaF NaCl PbO ZnO Cl2 F2 Zn Pb

Hf (kJ/mol) -569 -411 -276 -348 - - - -

S (J/K.mol) 51'5 72'1 76'6 43'6 223 202'8 41'6 64'8

Solucin

a1) Para calcular G, teniendo en cuenta que: G =H-TS, hay que deter-

minar en primer lugar H y S.o o o


2 2 2 411 2 569 316o o or f f

H H ( NaCl ) H ( NaF ) ( ) ( ) kJ = = = , reaccin en-

dotrmica0 0 0

productos reactivosS S S=

0S = 2SNaCl+ SF2- 2SNaF SCl2= 2721+2028-2515-223; S =21 J/K.

G =H-TS = 316 kJ 298 K21 1

1000

J kJ.

K J= 316 626 = 3097 kJ.

a2)o o o


348 276 72o o or f f

H H ( ZnO ) H ( PbO) kJ = = + = , reaccin exotrmica.

0 0 0

productos reactivosS S S= 0

S =SPb+SZnO SZn SPbO= 648 + 436 416 766


35/35


S = - 98 J/K

G =H-TS = - 72 kJ 298 K9 8 1

1000

' J kJ

K J

= -72 + 292 = - 6908 kJ

b1) Puesto que G= 3097 kJ, la reaccin es no espontnea (recordemos que

para ser espontnea G debe ser negativo), y adems or

H = 316 kJ necesi-

ta gran aportacin de energa, luego no es posible obtener flor medianteesta reaccin.

b2) Puesto que G =-6908 kJ la reaccin es espontnea, y ademso

rH =-72 kJ,

es exotrmica, luego es posible obtener plomo mediante esta reaccin.

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Iniciacion Quimica Tema 03 1